8월 과학기술인상, 서강대 정명화 교수 선정

다음은 대한민국 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 발표한 보도자료를 바탕으로 작성된 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

과학기술정보통신부(과기정통부)와 한국연구재단은 2025년 8월의 과학기술인상 수상자로 서강대학교 물리학과 정명화 교수를 선정했다고 2025년 8월 6일 발표했습니다. 정 교수는 상온에서 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 세계 최초로 실험적으로 입증한 독보적인 연구 성과를 인정받았습니다. 이 연구는 스핀트로닉스 기술의 실용 가능성을 크게 확장하고, 차세대 양자소자 및 고효율 초저전력 반도체 소자 개발의 핵심 기반을 마련했다는 점에서 높은 평가를 받았습니다. 정 교수에게는 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원이 수여됩니다.

2. 주요 내용

• 8월 과학기술인상 수상자 선정: 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 매월 독보적인 연구개발 성과를 창출하여 과학기술 발전에 공헌한 연구자를 선정하는 '이달의 과학기술인상'의 2025년 8월 수상자로 서강대학교 물리학과 정명화 교수를 선정했습니다. 정 교수에게는 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원이 수여되며, 이는 과기정통부 과학기술진흥기금 및 복권기금으로 운용됩니다.

• 세계 최초 상온 양자역학 스핀 펌핑 현상 발견: 정명화 교수는 전자의 회전 특성인 '스핀'을 이용하는 차세대 기술인 스핀트로닉스 분야에서, 상온(일상적인 온도)에서도 작동하는 양자역학적 스핀 펌핑 현상을 세계 최초로 실험적으로 입증했습니다. 이 획기적인 연구 결과는 2025년 1월 국제학술지 '네이처(Nature)'에 게재되며 학계의 큰 주목을 받았습니다.

• 기존 기술의 한계 극복 및 기술적 혁신: 기존의 스핀 펌핑 방식은 전자의 스핀이 팽이처럼 회전하는 '세차운동'에 기반하여 스핀 전류를 생성했으나, 이 과정에서 에너지 손실이 발생하여 효율이 제한적이었습니다. 정명화 교수는 스핀의 방향은 고정된 상태에서 스핀의 '크기' 자체가 변화할 때 스핀 전류가 발생하는 '양자역학적 스핀 펌핑'에 주목했으며, '철(Fe)-로듐(Rh)'이라는 특수 자성 박막을 제작하여 기존 방식보다 10배 이상 큰 스핀 전류를 상온에서 생성하는 데 성공했습니다. 이는 극저온에서만 관측되던 양자역학적 현상을 상온에서 구현했다는 점에서 매우 중요한 기술적 진보로 평가됩니다.

• 스핀트로닉스 및 차세대 소자 개발 기여: 정 교수의 이번 연구는 전자의 전하(charge)뿐만 아니라 스핀(spin)을 정보 전달에 활용하는 스핀트로닉스 기술의 실용 가능성을 크게 확장했습니다. 특히, 전자의 이동 없이 스핀 에너지를 전달하여 열 발생을 줄이고 에너지 효율을 높이는 저전력 소자 개발의 기반을 마련함으로써, 차세대 양자소자 및 스핀 기반 반도체 기술의 패러다임(사고체계) 전환을 촉진할 핵심 성과로 기대를 모으고 있습니다.

• 자성 메모리 기술 발전 기여: 정명화 교수는 스핀 펌핑 연구 외에도 자성 메모리의 한계를 극복하는 연구를 꾸준히 수행해 왔습니다. 2019년 국제 학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 발표된 '층간 자기적 상호작용' 연구를 통해, 두 자성층 사이에 얇은 비자성층을 넣어도 자기적 상호작용이 발생하며, 이를 통해 더 낮은 전류로 자화 방향을 바꿀 수 있음을 세계 최초로 밝혀냈습니다. 이는 저전력으로 작동하는 차세대 자성 메모리 개발에 중요한 기여를 할 것으로 평가됩니다.

• 국내외 학술 활동 및 봉사: 정명화 교수는 활발한 연구 활동 외에도 국내외 학계 발전을 위해 헌신하고 있습니다. 과거 한국물리학회와 한국자기학회에서 학술이사를 역임하며 학술 교류 활성화에 기여했으며, 현재는 'AUMS(아시아 자기학회 연합)' 총무와 'IUPAP(국제 순수 응용 물리학 연맹)'의 C9(자성분과) 위원으로 활동하며 아시아-태평양 지역 및 세계 물리학계의 발전에 이바지하고 있습니다.

• 연구 철학 및 후학 양성: 정 교수는 기초연구를 '답이 없는 길을 찾아가는 과정'으로 정의하며, 실패하더라도 포기하지 않고 계속 도전하는 마음과 행동의 중요성을 강조합니다. 또한, 연구자로서 '왜 이 연구를 하는가?'라는 근본적인 목적을 잊지 않는 것이 중요하다고 말합니다. 후학들에게는 호기심과 끈기, 그리고 동료들과의 협력을 강조하며, 학생들이 학문적으로 성장하고 본인의 연구에 자신감을 얻는 모습을 볼 때 가장 큰 보람을 느낀다고 밝혔습니다.

3. 배경 및 목적

'이달의 과학기술인상'은 대한민국 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 국가 과학기술 발전에 크게 기여한 연구자들을 격려하고, 그들의 독보적인 연구 성과를 대중에게 널리 알리기 위해 매월 1명씩 선정하여 시상하는 권위 있는 상입니다. 특히 2025년은 유엔이 지정한 '세계 양자 과학기술의 해'로, 1925년 베르너 하이젠베르크와 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 시대를 연 지 한 세기가 되는 해입니다. 이러한 의미 있는 해를 기념하여, 양자역학의 핵심 원리를 실용 기술로 확장하는 데 기여한 정명화 교수를 8월 수상자로 선정함으로써 양자 과학기술의 중요성과 미래 가능성을 조명하고자 했습니다.

정명화 교수의 연구는 현대 전자기기가 직면한 근본적인 문제 해결을 목적으로 합니다. 스마트폰 등 일상 전자기기는 전자의 이동으로 작동하지만, 전자가 물질 내부의 원자들과 충돌하면서 열이 발생하고 이는 에너지 소모량 증가와 소자(전자 부품) 효율 감소의 주된 원인이 됩니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 전자의 이동 없이도 전자의 고유한 자기적 특성인 '스핀'을 활용하여 에너지를 전달하는 '스핀 전류' 및 '스핀 펌핑' 방식에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔습니다. 정 교수의 연구는 기존 스핀 펌핑 방식의 에너지 효율 제한이라는 한계를 뛰어넘어, 차세대 고효율 초저전력 소자 개발의 실질적인 가능성을 제시함으로써 미래 기술 발전에 필수적인 기반을 마련하는 데 그 목적이 있습니다.

4. 세부 추진 내용

정명화 교수의 연구는 기존 '고전역학적 스핀 펌핑'이 지닌 근본적인 한계를 극복하는 데서 시작되었습니다. 고전역학적 스핀 펌핑은 자성체 내부 스핀의 '세차운동(회전하는 팽이처럼 물체의 회전축이 원형 궤도를 따라 움직이는 현상)'을 기반으로 스핀 전류를 생성하는데, 이 방식은 스핀 흐름의 제어, 전달, 변환 과정에서 손실이 발생하여 에너지 효율이 제한적이라는 단점이 있었습니다.

정 교수는 이러한 한계를 넘어서기 위해 스핀의 '양자역학적 특성'에 주목했습니다. 그는 스핀의 방향이 고정된 상태에서 스핀의 '크기'가 변화할 때 스핀 전류가 발생한다는 새로운 개념의 '양자역학적 스핀 펌핑 현상'을 제시했습니다. 이는 전자의 스핀이 단순히 연속적으로 회전하는 것이 아니라, 특정 방향(위 또는 아래)만을 가지려는 양자역학적인 상태 때문에 발생하며, 이 과정에서 기존 방식보다 훨씬 큰 스핀 전류가 생성될 것으로 예측했습니다.

이 예측을 실험적으로 입증하기 위해 정 교수 연구팀은 '철(Fe)-로듐(Rh)'이라는 특별한 자성 박막(얇은 막)을 직접 제작했습니다. 이 물질은 온도가 급격하게 변화하는 순간, 즉 상온 부근에서 자기적 상태가 저온의 반강자성 상태에서 고온의 강자성 상태로 급격히 변하면서 스핀의 크기가 크게 변화하는 특성을 가집니다. 연구팀은 이 자성 박막을 이용하여 스핀의 크기가 급격히 변하는 순간에 생성되는 스핀 전류를 인접한 비자성 물질인 백금(Pt)으로 전달하고, 이때 유도되는 전압을 측정함으로써 스핀 전류의 발생을 실시간으로 확인했습니다. 그 결과, 기존 방식보다 10배 이상 큰 스핀 전류를 생성하는 데 성공했으며, 특히 극저온 환경에서만 관측되는 것이 일반적인 양자역학적 현상을 상온에서도 성공적으로 구현함으로써 상온에서도 효율적인 스핀 전류를 만들 수 있음을 입증했습니다. 이 연구 결과는 2025년 1월 세계적인 국제학술지 '네이처(Nature)'에 게재되며 그 학술적 가치를 인정받았습니다.

5. 기대 효과

정명화 교수의 이번 연구 성과는 스핀트로닉스 기술 분야에 혁신적인 진보를 가져올 것으로 기대됩니다. 첫째, 상온에서 고효율의 스핀 전류를 생성할 수 있는 가능성을 제시함으로써, 현재 전자기기의 고질적인 문제인 발열과 에너지 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 저전력 소자 개발의 핵심 기반을 마련했습니다. 이는 스마트폰, 컴퓨터, 데이터 센터 등 다양한 전자기기의 성능 향상과 에너지 효율 증대에 직접적으로 기여하여, 일반 소비자들이 더욱 빠르고 오래 사용할 수 있는 기기를 경험하게 할 것입니다.

둘째, 전자의 전하뿐 아니라 스핀을 활용하는 차세대 양자소자 및 스핀 기반 반도체 기술의 실용화 가능성을 크게 확장했습니다. 이는 기존 반도체 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 패러다임을 제시하며, 미래 컴퓨팅, 인공지능(AI), 양자 통신 등 첨단 기술 분야의 발전을 가속화할 잠재력을 가지고 있습니다. 궁극적으로는 에너지 효율적인 정보 처리 기술을 통해 지속 가능한 사회를 구현하고, 관련 산업의 경쟁력을 강화하며 새로운 시장을 창출하는 데 크게 기여할 것으로 예상됩니다. 이 연구는 학술적 성과를 넘어 실질적인 기술 혁신과 사회적 파급 효과를 가져올 것으로 기대됩니다.

6. 향후 계획

정명화 교수는 이번 연구 성과에 안주하지 않고, 앞으로도 미지의 영역을 탐구하며 인류의 삶에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 기초 연구에 매진할 계획입니다. 특히, 다음 학기부터 시작되는 연구년 기간 동안 국내에 머물며 빠르게 발전하는 인공지능(AI) 기술을 자신의 연구 분야에 접목하는 새로운 시도를 계획하고 있습니다. 이는 물성물리학과 AI의 융합을 통해 기존에 해결하기 어려웠던 문제들을 해결하고 새로운 과학적 발견을 이끌어낼 잠재력을 가지고 있습니다.

정 교수는 궁극적으로 자신이 얻은 새로운 지식과 원리들이 언젠가는 저전력 반도체, 혁신적인 메모리, 또는 현재는 상상할 수 없는 새로운 기술로 발전하여 우리 사회에 긍정적인 영향을 미치고 사람들의 삶을 더 편리하고 풍요롭게 만드는 데 기여하는 과학자가 되는 것을 목표로 하고 있습니다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이러한 우수 연구자들의 지속적인 연구 활동을 지원하고, 독창적인 기초과학 연구가 실질적인 기술 혁신으로 이어질 수 있도록 정책적, 재정적 지원을 아끼지 않을 방침입니다. 이를 통해 대한민국이 미래 과학기술을 선도하고 글로벌 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.